容遲移動傳感器網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)管理機制的研究.pdf

1、容遲移動傳感器網(wǎng)絡是在特殊的網(wǎng)絡應用環(huán)境下誕生的一種新型的無線傳感器網(wǎng)絡，這類網(wǎng)絡節(jié)點密度低，網(wǎng)絡非常稀疏，傳感器節(jié)點在網(wǎng)絡中不再拘泥于靜態(tài)的分發(fā)到環(huán)境中采樣數(shù)據(jù)，而是布置在移動的載體上并隨之不斷運動，導致網(wǎng)絡拓撲結構高動態(tài)變化，網(wǎng)絡呈現(xiàn)弱狀態(tài)連接，從而造成節(jié)點間通信時斷時續(xù)，數(shù)據(jù)傳輸成功率降低，容易引起數(shù)據(jù)無效傳輸和重傳風暴；此外，容遲移動傳感器網(wǎng)絡具有數(shù)據(jù)容遲性的特點，節(jié)點采集的數(shù)據(jù)不再需要完全實時地發(fā)送至后臺控制端，旨在收集大量的

2、數(shù)據(jù)做出統(tǒng)計意義上的分析，即對數(shù)據(jù)的實時性要求降低。但也造成了數(shù)據(jù)堆積，節(jié)點緩沖局限性和數(shù)據(jù)的大量累積帶來了數(shù)據(jù)管理的問題。
　　 針對上述網(wǎng)絡特點帶來的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)管理方面的問題，本文從網(wǎng)絡的弱狀態(tài)連接、網(wǎng)絡的能量有效性、數(shù)據(jù)的高效傳輸以及數(shù)據(jù)隊列管理入手，對容遲移動傳感器網(wǎng)絡模型的建立、MAC層節(jié)能協(xié)議設計、數(shù)據(jù)隊列的動態(tài)管理和網(wǎng)絡的跨層優(yōu)化設計進行了深入的研究，主要的研究內(nèi)容如下：
　　 1.節(jié)能高效的數(shù)據(jù)傳輸機

3、制針對容遲移動傳感器網(wǎng)絡拓撲結構高動態(tài)且稀疏的網(wǎng)絡特點，提出了一種節(jié)能且實現(xiàn)簡單高效的容遲MAC協(xié)議（Delay-Tolerant MAC，DT-MAC），采用免前導碼的異步占空比機制和接收方發(fā)起傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，并引入具有鄰居更新、發(fā)起傳輸、競爭控制和拓撲維護等多重功能的初始感知幀（Initial Aware Frame，IAF），通過降低報文重傳率和控制報文開銷，有效控制了網(wǎng)絡能耗，延長了網(wǎng)絡生命期。在移動傳感器網(wǎng)絡實驗平臺上的實驗表

4、明，在惡劣的高動態(tài)拓撲環(huán)境中，DT-MAC在發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點雙方皆能達到極高的能量利用率，對一跳傳輸延時和網(wǎng)絡吞吐量也有顯著改善。
　　 2.基于優(yōu)先級的動態(tài)數(shù)據(jù)管理策略針對數(shù)據(jù)的容遲性和節(jié)點的存儲空間局限性會導致數(shù)據(jù)堆積和有時數(shù)據(jù)無法及時有效到達的問題，本文在自適應有效數(shù)據(jù)發(fā)起方式的基礎上引入了基于優(yōu)先級的動態(tài)隊列管理策略，利用數(shù)據(jù)到達和服務過程為馬爾科夫過程，建立基于優(yōu)先級的混合式搶占型隊列管理模型進行分析，以多維優(yōu)先級數(shù)

5、據(jù)管理方式對數(shù)據(jù)隊列進行智能管理，大大降低丟包率同時提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行裕徑饬薉T-MSN中節(jié)點緩沖有限性的問題。其次，通過分層次區(qū)分數(shù)據(jù)信息的優(yōu)先發(fā)送順序，使得突發(fā)數(shù)據(jù)信息可以優(yōu)先到達監(jiān)控端，對應急狀況做到及時有效的處理，進一步的實驗驗證了該協(xié)議在DT-MSN中的高動態(tài)變化和稀疏的網(wǎng)絡環(huán)境中，能有效提高數(shù)據(jù)傳輸效率，降低丟包率，同時對一跳平均延時也有顯著改善。
　　 3.多層融合的跨層優(yōu)化設計：
　　 本文對容遲移動

6、傳感器網(wǎng)絡引入跨層優(yōu)化的設計思想，分別從路由層，MAC層和應用層對網(wǎng)絡協(xié)議設計進行了多層融合的跨層優(yōu)化設計，并提出了容遲移動傳感器網(wǎng)絡跨層優(yōu)化模型，用以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)能性和有效性，并解決數(shù)據(jù)隊列管理問題。在路由層和MAC層跨層優(yōu)化設計中，針對DT-MSN網(wǎng)絡拓撲結構高動態(tài)變化，網(wǎng)絡弱狀態(tài)連接的特點，建立適用于DT-MSN網(wǎng)絡的蟻態(tài)模型，基于蟻態(tài)模型融合了路由層的路由發(fā)現(xiàn)和鄰居更新，利用節(jié)點喚醒后探測信息素的釋放來更新信息素軌跡，以精英

7、策略尋找接受節(jié)點的最佳發(fā)送端，提高移動節(jié)點相遇時信息傳播的效率，即節(jié)點間單跳通信的數(shù)據(jù)吞吐量。在數(shù)據(jù)鏈路層和應用層的跨層融合中，本文引入了基于優(yōu)先級的服務質(zhì)量參數(shù)，并提出了數(shù)據(jù)優(yōu)先級維度，數(shù)據(jù)優(yōu)先度和數(shù)據(jù)優(yōu)先層級的概念。通過多維優(yōu)先度值的判定，確定數(shù)據(jù)隊列優(yōu)先級的高低，在數(shù)據(jù)鏈路層中融合了應用層中基于優(yōu)先級的服務質(zhì)量參數(shù)來解決應用層和數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)優(yōu)先級排列順序背離的問題。通過多層次融合的跨層優(yōu)化設計方法，本文將路由層進一步扁平化，實現(xiàn)